אולטרה-סאונד פוליהידרוקסילציה C60 (פולרנול)
- C60 fullerene מסיס במים, הנקרא פולרנול או פולרול, הוא מסלק רדיקלים חופשיים חזק ולכן משמש כנוגד חמצון בתוספי מזון ובתרופות.
- הידרוקסילציה קולית היא תגובה מהירה ופשוטה בצעד אחד, המשמשת לייצור C60 פוליהידרוקסילציה מסיסה במים.
- C60 מסונס במים מסונתז באולטרה-סאונד הוא בעל איכות מעולה ומשמש ליישומי פארמה וביצועים גבוהים.
סינתזה קולית בצעד אחד של פוליהידרולקסילציה C60
קוויטציה קולית היא הטכניקה המעולה לייצור פוליהידרוקסילציה C60 פולרנים באיכות גבוהה, שהם מסיסים במים ולכן ניתן להשתמש בהם ביישומים שונים בפארמה, ברפואה ובתעשייה. Afreen et al (2017) פיתחו סינתזה קולית מהירה ופשוטה של פוליהידרוקסילציה נטולת זיהום C60 (הידוע גם בשם fullerenol או fullerol). התגובה העל-קולית בצעד אחד משתמשת ב-H2O2 והיא חופשית משימוש בריאגנטים הידרוקסילטיים נוספים, כגון NaOH, H2SO4 וזרזי העברת פאזה (PTC), הגורמים לזיהומים בפולרנול המסונתז. זה עושה את סינתזת פולרנול קולי היא גישה נקייה יותר לייצר fullerenol; יחד עם זאת, זוהי דרך קלה ומהירה יותר לייצר C60 איכותי ומסיס במים.
נתיבי תגובה אפשריים בסינתזה בסיוע אולטרסאונד של פולרנול בנוכחות דיל. H2O2 (30%).
מקור: Afreen et al. 2017
סינתזה קולית של C60 מסיס במים – צעד אחר צעד
להכנה מהירה, פשוטה וירוקה של C60 פוליהידרוקסילציה, המסיס במים, מוסיפים 200 מ"ג של C60 טהור ל-20 מ"ל 30% H2O2 ומסוננים עם דגמי הסוניקטור UP200Ht או UP200ST. פרמטרי הסוניקציה היו 30% משרעת, 200 W במצב פולסים למשך שעה אחת בטמפרטורת החדר. כלי התגובה מוכנס לאמבט מים בסירקולטור מקורר על מנת לשמור על הטמפרטורה בתוך הכלי בטמפרטורת הסביבה. לפני סוניקציה, C60 הוא בלתי ניתן לערבוב ב H2O2 מימי והוא תערובת הטרוגנית חסרת צבע, אשר הופך צבע חום בהיר לאחר 30 דקות של ultrasonication. לאחר מכן, ב -30 הדקות הבאות של ultrasonication זה הופך פיזור חום כהה לחלוטין.
תורם הידרוקסיל: קוויטציה אינטנסיבית הנוצרת באולטרסאונד (= אקוסטי) יוצרת רדיקלים כגון cOH, cOOH ו-cH ממולקולות H2O ו-H2O2. השימוש ב-H2O2 במדיה מימית הוא גישה יעילה יותר להחדרת קבוצות -OH לכלוב C60 ולא רק שימוש ב-H2O לסינתזה של פולרנול. H2O2 ממלא תפקיד חשוב בהגברת הידרוקסילציה קולית.
הידרוקסילציה קולית של C60 באמצעות דיל. H2O2 (30%) הוא תגובה קלה ומהירה בצעד אחד להכנת פולרנול. התגובה העל-קולית, הדורשת זמן קצר בלבד לתגובה, מציעה גישה ירוקה ונקייה עם דרישת אנרגיה נמוכה, הימנעות משימוש בריאגנטים רעילים או קורוזיביים לסינתזה, והפחתת מספר הממסים הדרושים להפרדה וטיהור של C60(OH)8∙2H2O.
UP400St (400 ואט, 24kHz) הוא מפזר קולי רב עוצמה
מסלול פוליהידרוקסילציה קולי
כאשר גלי אולטרסאונד אינטנסיביים מצומדים לנוזל, מחזורי לחץ נמוך / לחץ גבוה לסירוגין יוצרים בועות ואקום בנוזל. בועות הריק גדלות במשך מספר מחזורים עד שאינן מסוגלות לספוג יותר אנרגיה, כך שהן קורסות באלימות. במהלך קריסת הבועה השפעות פיזיקליות קיצוניות כגון הפרשי טמפרטורה ולחץ גבוהים, גלי הלם, מיקרו-סילונים, מערבולות, כוחות גזירה ועוד. תופעה זו ידועה בשם קולי או קוויטציה אקוסטית. כוחות אינטנסיביים אלה של קוויטציה על-קולית מפרקים את המולקולות לרדיקלים cOH ו-cOOH55.
Afreen et al. (2017) מניחים כי התגובה עשויה להתקדם בשני מסלולים בו זמנית. רדיקלים של cOH כמיני חמצן תגובתי (ROS) מתחברים לכלוב C60 כדי לתת פולרנול (Path I), ו/או – רדיקלים של OH ו-cOOH תוקפים את הקשרים הכפולים C60 חסרי האלקטרונים בתגובה נוקלאופילית וזה מוביל להיווצרות של אפוקסיד פולרן [C60On] כמתווך בשלב הראשון (נתיב II) הדומה למנגנון של תגובת בינגל. יתר על כן, ההתקפה החוזרת ונשנית של cOH (או cOOH) על C60O באמצעות תגובת SN2 גורמת לפולרן פוליהידרוקסילציה או פולרנול.
חמצון חוזר עשוי להתרחש אשר מייצר קבוצות אפוקסיד עוקבות, למשל, C60O2 ו- C60O3. קבוצות אפוקסיד אלה יכולות להיות מועמדות אפשריות ליצירת מתווכים אחרים, למשל פוקסיד פולרן שעבר הידרוקסילציה במהלך סונוליזה (= פירוק סונוכימי). בנוסף, פתיחת הטבעת הבאה של C60(OH)xOy עם cOH יכולה לגרום להיווצרות פולרנול. היווצרותם של מתווכים אלה במהלך סונוליזה של H2O2 או H2O בנוכחות C60 היא בלתי נמנעת, ונוכחותם בפולרנול הסופי (אם כי בכמות זעירה) אינה יכולה לעבור ללא תשומת לב. עם זאת, מכיוון שהם נמצאים רק בכמויות זעירות בפולרנול הם אינם צפויים לגרום להשפעה משמעותית. [Afreen et al., 2017]
סוניקטורים בעלי ביצועים גבוהים לפיזור פולרן
Hielscher Ultrasonics מספקת סוניקטורים מסוג בדיקה עבור הדרישות הספציפיות שלך: בין אם אתה רוצה sonicize נפחים קטנים בקנה מידה מעבדה או לייצר זרם נפח גדול בקנה מידה תעשייתי, תיק Hielscher של סוניקטורים בעלי ביצועים גבוהים מציע את הפתרון המושלם עבור פיזור fullerene שלך. תפוקת ההספק הגבוהה, יכולת הכוונון המדויקת והאמינות של האולטרסוניקטורים שלנו מוודאים שדרישות התהליך שלך מתמלאות. מסכי מגע דיגיטליים והקלטת נתונים אוטומטית של הפרמטרים האולטרסוניים בכרטיס SD משולב הופכים את הפעולה והשליטה של המכשירים האולטרסוניים שלנו לידידותיים מאוד למשתמש.
החוסן של ציוד קולי Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בתפקיד כבד בסביבות תובעניות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
מעבדים קוליים בהספק גבוה ממעבדה לפיילוט ובקנה מידה תעשייתי.
ספרות/מקורות
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): כימיה סונו-ננו: עידן חדש של סינתזה של ננו-חומרים פחמן polyhydroxylated עם קבוצות hydroxyl ואת ההיבטים התעשייתיים שלהם. אולטרסאונד סונוכימיה 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): הידרציה או הידרוקסילציה: סינתזה ישירה של פולרנול מפולרן טהור [C60] באמצעות קוויטציה אקוסטית בנוכחות מי חמצן. עו"ד ר.ס., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): מוזרויות של השפעות נוגדות חמצון ו radioprotective של לחות C60 fullerene nanostuctures במבחנה in vivo. ביולוגיה של רדיקלים חופשיים & רפואה 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): השפעת שדה קולי על קינטיקה איזותרמית של פוליהידרוקסילציה פולרן. מדע הסינטרינג 2016, 48(2):259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): פוליהידרוקסילטים C60 פולרנים מונעים פעילות קטבולית של כונדרוציטים בריכוזים ננומולרים בדלקת מפרקים ניוונית. כתב העת של אוסטאוארתריטיס 2016, 1:115.
[/toggle]
עובדות שכדאי לדעת
C60 פולרנים
C60 פולרן (באנגלית: C60 fullerene) היא מולקולה הבנויה מ-60 אטומי פחמן, המסודרים כ-12 מחומשים ו-20 משושים. צורתה של מולקולת C60 מזכירה כדור כדורגל. C60 fullerens הם נוגד חמצון לא רעיל עם עוצמה גבוהה ב-100-1000 מוויטמין E. למרות ש-C60 עצמו אינו מסיס במים, נגזרות פולרן מסיסות מאוד במים כגון פולנרול סונתזו.
C60 fullerens משמשים כנוגדי חמצון וכביו-פרמצבטיים. יישומים אחרים כוללים מדע חומרים, פוטו-וולטאים אורגניים (OPV), זרזים, בטיהור מים והגנה מפני סיכונים ביולוגיים, כוח נייד, כלי רכב ומכשירים רפואיים.
מסיסות C60 טהורה:
- במים: לא מסיס
- בדימתיל סולפוקסיד (DMSO): לא מסיס
- ב Toluene: מסיס
- בבנזן: מסיס
מבנה פני השטח של C60 fullerenes
מקור: Yoshioka et al. 2016
פוליהידרוקסילציה C60 / Fullenerols
פולנרול או פולרול הן מולקולות C60 פוליהידרוקסילטיות (לחות C60 פולרן: C60HyFn). תגובת ההידרולילציה מציגה קבוצות הידרוקסיל (-OH) למולקולת C60. מולקולות C60 עם מעל 40 קבוצות הידרוקסיל הן בעלות מסיסות מים גבוהה יותר (>50 מ"ג/מ"ל). אלה קיימים כננו-חלקיקים חד-פיזוריים במים, ויש להם אפקט ליטוש אמיץ. יש להם סגולות נוגדות חמצון ונוגדות דלקת מעולות. פולרנים פוליהידרוקסילטים (fullerenols; C60(OH)n) יכול להיות מומס בכמה אלכוהולים ולאחר מכן מואץ בתהליך אלקטרוכימי, יצירת סרט ננו-פחמני על האנודה. יריעות פולרנול משמשות כציפוי תואם ביולוגית, אינרטי לאובייקטים ביולוגיים ויכולות להקל על שילוב של חפצים לא ביולוגיים ברקמות הגוף.
מסיסות Fullenerol:
- במים: מסיס, יכול להגיע >50 מ"ג/מ"ל
- ב dimethyl sulfoxide (DMSO): מסיס
- במתנול: מסיס מעט
- בטולואן: לא מסיס
- בבנזן: לא מסיס
צבע: פולרנול הנושא יותר מ-10 קבוצות -OH מציגות צבע חום כהה. עם מספר גדל והולך של קבוצות –OH, הצבע משתנה בהדרגה מחום כהה לצהוב.
מסיסות מסיסות C60(OH)8.2H2O בהשוואה ל-C60 בממיסים שונים. מקור: Afreen et al. 2017
יישומים ושימוש בפולרנולים:
- תרופות: ריאגנטים אבחון, תרופות על, קוסמטיקה, תהודה מגנטית גרעינית (NMR) עם היזם. זיקה ל- DNA, תרופות נגד HIV, תרופות נגד סרטן, תרופות כימותרפיות, תוספי קוסמטיקה ומחקר מדעי. בהשוואה לצורה הבתולית, לפולרנים פוליהידרוקסילטים יש יישומים פוטנציאליים רבים יותר בשל מסיסות המים המשופרת שלהם. נמצא כי פולרולים יכולים להפחית רעילות לב של תרופות מסוימות ולעכב HIV-פרוטאז, וירוס הפטיטיס C וצמיחה חריגה של תאים. יתר על כן, הם הפגינו יכולות מצוינות של נטרול רדיקלים חופשיים נגד מיני חמצן תגובתיים ורדיקלים בתנאים פיזיולוגיים.
- אנרגיה: סוללה סולארית, תא דלק, סוללה משנית.
- תעשייה: חומר עמיד בפני שחיקה, חומרים מעכבי בעירה, חומרי סיכה, תוספים פולימריים, קרום בעל ביצועים גבוהים, זרז, יהלום מלאכותי, סגסוגת קשה, נוזל צמיג חשמלי, מסנני דיו, ציפויים בעלי ביצועים גבוהים, ציפויים מעכבי בעירה, ייצור חומרים ביו-אקטיביים, חומרי זיכרון, מאפיינים מולקולריים ואחרים משובצים, חומרים מרוכבים וכו '.
- תעשיית מידע: מדיום שיא מוליכים למחצה, חומרים מגנטיים, דיו להדפסה, טונר, דיו, נייר למטרות מיוחדות.
- חלקים אלקטרוניים: מוליך-על מוליך-למחצה, דיודות, טרנזיסטורים, משרנים.
- חומרים אופטיים, מצלמה אלקטרונית, שפופרת תצוגה פלואורסצנטית, חומרים אופטיים לא ליניאריים.
- סביבה: ספיחת גז, אחסון גז.